專利名稱：簧圈假腳的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及假腳和假腿裝置領(lǐng)域，特別涉及那些可提供彈簧跳起動作、扭轉(zhuǎn)、橫向和向中間延的運(yùn)動、垂直震動的吸收和感覺反饋以幫助假腳獲得近似于真腳的反應(yīng)和動作的假腳和假腿裝置。
在已有技術(shù)中的各種假腳設(shè)計(jì)成帶有彈簧部件，這種彈簧部件在假腳踏在地面上時(shí)可儲存能量并隨后釋放能量，當(dāng)假腳移離地面時(shí)再提供一提升力或推力，以便按假腳病人的步伐提供幫助。這種假腳裝置的一些例子如阿布魯格斯特等人的第4，865，612號(公布日期1989年9月12日)的美國專利以及肖特等人的第5，116，383號(公布日期1992年5月26日)的美國專利，均援引在此以供參考。已有技術(shù)中的另一類假腳使用一個(gè)踝關(guān)節(jié)，這種踝關(guān)節(jié)可適應(yīng)地面條件和行走狀況。這類例子如發(fā)明人為伏衣森(Voisin)的第4，718，933號(公布日期1988年1月12日)的美國專利以及臺爾帕(Delp)的第4，306，320號(發(fā)布日期1981年12月22日)的美國專利，援引在此以供參考。此外，波吉(Poggi)等人發(fā)明的第4，645，509(公布日期1987年2月24日)的美國專利揭示了一種假腳裝置，由于其利用分開的單個(gè)腳尖作為一根整體懸臂桿的一部分，因此它適應(yīng)崎嶇不平的地面行走。已有技術(shù)中的另一類假腳采用一些包括多個(gè)簧片的多個(gè)彈簧以圖獲得與真腳接近的反應(yīng)和動作。這類假腳的例子包括有默來特(merlette)的第4，959，073號(發(fā)表日期1990年9月25日)的美國專利，菲利普斯的第4，547，913號(發(fā)表日期1985年10月22日)的美國專利;菲利普斯的4822，363號美國專利(發(fā)表日期1989年4月18日)以及菲利普斯的第5，037，444號(發(fā)表日期1991年8月6日)的美國專利，它們均援引在此以供參考。
然而，已有技術(shù)中的假腳，在模擬真腳的動作和反應(yīng)方面沒有一個(gè)是完全成功的。如伏衣森(Voisin)和臺爾帕(Delp)的那些現(xiàn)有技術(shù)的假腳，由于都未用一種裝有彈簧的腳后跟，因此，在步行中裝假腳的病人后跟著地以及開始向前行之后就會產(chǎn)生延遲或呆滯。這是因?yàn)楫?dāng)病人的體重作用在地面上后必需在腳尖部位裝一彈簧。除非在病人體重作用于地面時(shí)而不是在之后有彈簧起作用，否則，是不可能獲得真腳所具有的反應(yīng)和感覺的。已有技術(shù)的假腳，如菲利普斯和默來特的專利那樣，使用的是與腳尖部位的彈簧分開作用的一個(gè)裝載著彈簧的后腳跟，它可以有效地把能量儲存在腳后跟內(nèi)，但是在步行過程中抬腳向前行時(shí)，它卻不能有效地將能量從后跟部件遞到假腳的腳尖部。這些假腳裝置還要求和腳尖部位的彈簧分開。結(jié)果是，裝上該假腳的病人在步行過程中抬腳前行會發(fā)覺不同的、不自然的延遲或躊躇，從而使腳感覺不自然和可能產(chǎn)生不平的邁步。這類多彈簧或多零件的假腳的另一問題是，用于將各種零件相互緊固的如螺栓之類的緊固件會很快磨損彈簧材料而導(dǎo)致假腳較短的有效使用壽命。一般被認(rèn)為是目前可用于制作假腳的最好的材料之一的石墨層壓復(fù)合材料對此尤其敏感。兩個(gè)菲利普斯的專利(第4，822，363號和5，037，444號的美國專利)中就提到了這些有問題的緊固件的使用。如要將彈簧材料加強(qiáng)到足夠使這種磨損減小到一個(gè)允許的水平。則必然要加粗彈簧而損失響應(yīng)的靈敏性。如果使用彈簧鋼制作假腳雖可減小不希望的磨損，但在連續(xù)使用過程中，這種假腳就很笨重且會很快地脆裂。雖然鋁可用來制作輕巧的假腳，但是它沒有可獲得完成本發(fā)明目的那種假腳的足夠的彈跳和回彈力。已有技術(shù)中如肖特等人發(fā)明的假腳，整個(gè)假腳用的是整體的彈簧，由于彈簧設(shè)計(jì)不適合于在腳后跟中吸收儲存足夠能量并把它傳向腳尖部分，因此在假腳病人后跟著地和開始跨步前行后它要經(jīng)歷一個(gè)延遲和呆滯時(shí)間，它樣就要求在病人體重作用地面之后腳尖部分受力。一些如菲利普斯發(fā)明的(第4，547，913號美國專利)那類已有技術(shù)的假腳可適應(yīng)繞脛部的縱向軸線的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動，但是該脛部的形狀設(shè)計(jì)是為了提高彈簧強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度而并不是為了獲得扭轉(zhuǎn)運(yùn)動并且脛部的扭轉(zhuǎn)剛度是不可調(diào)節(jié)的。最后，已有技術(shù)的假腳缺少用于在垂直方向的力作用腳時(shí)吸收儲存能量的任何有效的裝置。如菲利普斯發(fā)明的這種已有技術(shù)的假腳采用的是多個(gè)彈簧，由于負(fù)荷分開地分配于這些彈簧，因此在垂直方向的負(fù)荷作用下就趨于搖動。已有技術(shù)的帶有單個(gè)彈簧件和泡沫材料后跟的那種假腳雖然有助于將垂直方向所受的力吸收在該彈性件內(nèi)的或者在泡沫材料的后跟內(nèi)，但是不能同時(shí)使兩者吸收所受到的垂直方向的力。因此，人們就希望需要用這樣的一種假腳來改進(jìn)已有技術(shù)使之更接近于真腳的性能和響應(yīng)能力，這種假腳使用與載有彈簧的腳尖部形成一體的一個(gè)設(shè)有彈簧的腳后跟，并且能夠在步行過程中將能量從腳根部傳向腳尖部而沒有延遲或呆滯，這種假腳是整件的而沒有會磨損彈簧材料的緊固件，這種假腳可適應(yīng)成角度的或高低不平的地面，能適應(yīng)橫向的和向中間延伸的運(yùn)動，通過采用調(diào)節(jié)扭轉(zhuǎn)剛度的裝置能適應(yīng)于繞脛部的縱向軸線的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動以及這種假腳在垂直方向的力施加到腳上時(shí)能夠均勻地吸收和儲存能量。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供這樣一種假腳，這種假腳在步行時(shí)能在后腳根著地時(shí)儲存體重產(chǎn)生的能量，而在抬腳前行時(shí)將能量傳向腳中部(腳的平部)以及腳尖，并且在腳尖離地時(shí)釋放能量以提供對假腳的一個(gè)推動的抬起力或推力以幫助獲得一個(gè)自然的步態(tài)。本發(fā)明的另一目的是提供這樣的一種假腳，這種假腳是用與一個(gè)前腳延伸部分成整體的一個(gè)后腳跟延伸部，它能在步行過程中將能量從腳后跟傳向前腳部而不會發(fā)生延遲或滯止。本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供具有一個(gè)連續(xù)的螺簧的型式的整件的假腳，它可以不需要使用對彈簧材料會產(chǎn)生磨損的緊固件。本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的目的是提供具有多個(gè)腳尖和后跟的延伸部分以適應(yīng)高低不平或成角度的地形的這樣一種假腳。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種可適應(yīng)成角度的或高低不平的地形而不用踝關(guān)節(jié)的假腳。本發(fā)明的再有一個(gè)目的是提供一種帶有單個(gè)連續(xù)螺簧圈的假腳該單個(gè)連續(xù)螺簧圈帶有一個(gè)或有數(shù)個(gè)腳尖和后跟延伸部分。本發(fā)明的還有一個(gè)目的是提供用腳尖和后跟延伸部可調(diào)節(jié)(適應(yīng))橫向的和向中間延伸的運(yùn)動的一種假腳。本發(fā)明的還有一個(gè)目的是提供包括有一種調(diào)節(jié)彈簧剛度的機(jī)構(gòu)的一種假腳。本發(fā)明的再有一個(gè)目的是提供能夠獲得繞脛部的縱向軸線的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動的一種假腳它同時(shí)可帶有用于扭轉(zhuǎn)剛度調(diào)節(jié)的任選的裝置。本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供具有高彈簧強(qiáng)度的一種假腳。本發(fā)明的另一目的是提供具有高斷裂強(qiáng)度的一種假腳。本發(fā)明還有一目的是提供可接近于真腳的動作和反應(yīng)能力的一種假腳。本發(fā)明的進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)對熟悉本技術(shù)的人來說通過以下的描述將變得更為明顯。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的透視圖;
圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的頂視圖;
圖4a示出了使用本發(fā)明的一實(shí)施例步行時(shí)，在體重的作用下一個(gè)腿后跟著地時(shí)的情形;
圖4b示出了使用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例步行時(shí)，腳的中部(腳平坦部)的情況;
圖4c示出了使用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例步行時(shí)，腳尖部離地的情形;
圖5是在橫向和向中間延伸的負(fù)荷作用下本發(fā)明的一實(shí)施例的動作的示意圖;
圖6a是帶有供選用的、可調(diào)節(jié)彈簧剛度和弓形高度的裝置的本發(fā)明的一實(shí)施例的側(cè)視圖;
圖6b示出了可用于本發(fā)明的一個(gè)供選用的、可以調(diào)節(jié)彈簧剛度和弓形高度的裝置的一實(shí)施例的零件分解示意圖;
圖7示出了用于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一種感覺反饋帶。
現(xiàn)請參看圖1。圖中示出了本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的透視圖。圖示的是一個(gè)假腳101，它包括脛部102、前螺簧部分103、后螺簧部分104、扭曲桿105、后跟的側(cè)后延伸部106、后跟的中后延伸部107、腳尖的側(cè)前的延伸部108、腳尖的中前延伸部109、腳尖的另一側(cè)前延伸部110、腳尖后部111、腳尖前部112、容納供選用的、可調(diào)節(jié)彈簧剛度和弓形高的一個(gè)裝置的插孔113(在本圖中未畫出該裝置)和弓形部分114。前腳尖部分112相對于后腳尖部分111成一角度使腳101置于地面上時(shí)，該前腳尖部分112向上延伸。圖中還示出了脛部102的剖面部分以在橫截面上示出扭曲桿105的形狀。
該腳尖部分111和112組成該前腳延伸部分116。前腳延伸部116的各部分(即108、109、110、111和112)的長度選擇得不僅與真腳的尺寸和外形接近，而且還與真腳的動作特點(diǎn)接近。該后跟延伸部分106和107組成一個(gè)后跟延伸部分115。圍繞該插孔113的是腳中央螺簧圈117(如點(diǎn)劃線所示)，它是組成腳的連續(xù)螺簧的中央最堅(jiān)固的部分。后跟延伸部分115、前腳延伸部分116、脛部102及其全部的組成部分均是從該腳中央螺簧圈117伸出的延伸部分。在本實(shí)施例中，該脛部102是由如剖面部分所示的5根扭曲桿105組成。每根扭曲桿105從前螺簧圈103或后螺簧圈104延伸出，而所述的這些螺簧圈是由腳尖延伸部108、109和110以及后跟延伸部106和107在通過腳的中央螺簧圈部分117以及螺簧圈部分103和104時(shí)拱曲形成并隨后向上形成該脛部102的。該扭曲桿105允許產(chǎn)生圍繞脛部102的縱軸線的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動。這個(gè)扭轉(zhuǎn)運(yùn)動補(bǔ)充了由各個(gè)腳尖和后跟延伸部108、109、110、106和107提供的該假腳的橫側(cè)和中間運(yùn)動的靈活性。
所述的各腳尖延伸部108、109、110以及各腳跟延伸部106和107允許產(chǎn)生假腳的橫側(cè)和中間運(yùn)動以適應(yīng)高低不平的或成角度的地面而不需要踝關(guān)節(jié)。腳尖和后跟的在不同的實(shí)施例中數(shù)目是各不相同的，它們可以是一個(gè)或多個(gè)，但最好是多一些。在本實(shí)施例中，這些不同的彈簧件的形狀和連結(jié)組成了一個(gè)螺簧圈的腳，該螺簧圈帶有在其中央處的腳的中央螺簧圈117以及后跟延伸部115、前腳延伸部116和從117延伸并連接于腳的中央螺簧圈部分117的脛部102。在其他的實(shí)施例中，該收腳101可以由包括腳尖和后跟的若干延伸部分的一個(gè)連續(xù)螺簧圈所組成。該假腳101還可由相互扣緊的各彈簧段組成以形成一螺簧圈。如果非彈簧段被設(shè)置在為達(dá)到本發(fā)明的目的而需要它傳遞被儲存的能量的位置上時(shí)也能夠這樣傳遞能量的作用的話，那么它們也可被采用。如果該假腳101是由各部分組成，這些部分可用夾子、螺栓、螺釘、化學(xué)方法如粘結(jié)或環(huán)氧樹脂結(jié)合、焊接或用其他手段固定在一起。該中央螺簧圈段117的一個(gè)基本(主要)的特性在于它具有在步行時(shí)抬腳前行過程中能將能量從后跟傳向腳尖的能力。正因?yàn)榫哂羞@種特性才選擇具有螺簧圈形式的假腳。腳的中央螺簧圈部分117還可在垂直方向的力施加到該腳時(shí)具有吸震或吸收能量的能力。腳中央螺簧圈段117還需要有儲能和釋能的能力和特性。該腳的中央螺簧圈段117在其內(nèi)表面內(nèi)有一個(gè)空洞。腳的中央螺簧圈部分117的內(nèi)表面可以是一個(gè)閉合的平面曲線并且沿著該曲線(即沿著螺簧圈部分103和104)的各點(diǎn)可以是與閉合的平面的中心等距離而形成一個(gè)圓圈或它們離開該中心的距離可以是不同的以形成別的形狀。另外，該腳中央螺簧圈部分117的內(nèi)表面可由兩個(gè)如螺簧部分103和104形成，即腳的中央螺圈部分117的內(nèi)表面不連續(xù)的但在其內(nèi)部大體上形成圓形或橢圓形。
在該較佳實(shí)施例中，該腳的中央螺簧圈部分117的內(nèi)表面是橢圓形。該腳的中央螺簧圈117的正確的尺寸和形狀取決于使用該假腳101的病人的身體尺寸、重量和活動特點(diǎn)。腳的中央螺簧圈117的尺寸、形狀、輪廓、強(qiáng)度、材料和其他特性的變化產(chǎn)生不同的彈簧特性和能量傳遞的能力。在該腳的中央螺簧圈117內(nèi)由該螺簧圈段103和104形成的空洞用作供選用的調(diào)節(jié)彈簧剛度和弓形高度的裝置的插孔113。調(diào)節(jié)該裝置可以獲得各種彈簧剛度和/或弓形高度114。包括脛部102的目的是使本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例適用于在踝關(guān)節(jié)上的某部位進(jìn)行截肢的病人。取消脛部102可使假腳102適用于在腿的較下部位置進(jìn)行截肢或不需要該脛部的病人。每個(gè)腳尖和后跟的延伸段和每個(gè)扭曲桿沿它們的長度上可具有不同的強(qiáng)度和厚度以使它具有盡可能相似于真腳的特性。這就產(chǎn)生了在彈簧剛度方面的差別。在長度、寬度、厚度以及強(qiáng)度方面的變化大小必需取決于病人的身體尺寸、重量和活動量的大小。
在其他實(shí)施例中，腳尖延伸部分108、109和110可以通過一條帶或一條繩索相互連接起來，后跟延伸部106和107也相同。當(dāng)該假腳投入使用時(shí)，它一般裝進(jìn)一個(gè)裝飾用的與一真腿相似的腳套內(nèi)。該腳套可包括使每個(gè)腳尖延伸部和后跟延伸部保持相互分開關(guān)對齊的脊或凹槽。前述的帶、繩索、脊或凹槽全部都是用作使腳尖和后根延伸部分保持對齊和定位。或者，該連續(xù)的螺簧腳可使用單個(gè)的腿尖延伸部和單個(gè)的后跟延伸部而不用多個(gè)腳尖和后跟的延伸部。
請參照圖2。圖示為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。后跟延伸部分115、螺簧部分103和104、前腳延伸部分116和脛部102通常使腳中央螺簧圈部分117和插孔113形成橢圓形、雖然蛋形、圓形、閉合平面曲線形、弓形等可以形成所需要的彈性并具有能量傳遞特性的別的形狀也將是適合的。沿著脛部102可設(shè)置一個(gè)或多個(gè)夾子201以允許作扭轉(zhuǎn)剛度大小的調(diào)節(jié)。收緊夾子201限制扭曲桿105的運(yùn)動，而放松夾子201可使扭曲桿105獲得較大范圍的運(yùn)動以允許病人根據(jù)活動和地形按需要時(shí)調(diào)整扭轉(zhuǎn)剛度。這些夾子201或其他的類似裝置是用作調(diào)整扭轉(zhuǎn)剛度的裝置。這類調(diào)節(jié)裝置可包括能夠限制該扭曲桿105的運(yùn)動的任何裝置。
在圖2中，本發(fā)明還可被描述為是由以一重迭對置方式定位的多個(gè)成弓形或彎曲的彈簧裝置202和203所組成。中央的插孔113是由該彈簧裝置的弓形和其中一些對置的彈簧裝置相結(jié)合而形成的。在圖中，成弓形的彈簧裝置202與弓形的彈簧裝置203對置和重迭而形成一個(gè)中央的插孔113。弓形的后跟彈簧裝置203包括一個(gè)后跟延伸部115、一個(gè)前螺簧部103以及一個(gè)扭曲桿105。弓形的前腳彈簧裝置202包括一個(gè)前腳延伸部116、一個(gè)后螺簧部分104以及扭曲桿105。所述的前螺簧103和后螺簧104是弓形的。通過采用弓形彈簧裝置202和203的形狀和合適的材料，就可獲得具有彈簧相同特性的有彈性的，柔性的和耐用的弓形裝置202和203。在弓形的彈簧裝置202和203組裝成一假腳101時(shí)，弓形彈簧裝置202和203的定位和迭置便形成一個(gè)腳的中央螺簧圈部分117。還可包括一個(gè)拱部114。在腳的中央螺簧圈部117內(nèi)，該插孔113是用作容納調(diào)節(jié)彈簧剛度和拱高的一個(gè)供選用的裝置的插孔。在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，弓形彈簧裝置202和203在售后可由使用者或維修技術(shù)人員單獨(dú)地拆卸和更換。固定裝置都可以松開以允許拆卸弓形彈簧裝置。一旦拆去一個(gè)弓形彈簧裝置，就可以將不同尺寸的和/或強(qiáng)度特性的別的弓形彈簧裝置安裝進(jìn)該假腳。這就允許在零部件市場選擇具有不同的彈簧強(qiáng)度的弓形裝置202和203以獲得該假腳的橫向的和中央的調(diào)節(jié)能力。用這種方式，每個(gè)腳尖和后跟延伸部可以具有適合于種種病人的不同尺寸和強(qiáng)度。通過選擇彈簧裝置202和203，就能使每個(gè)腳尖延伸部108、109和110以及后跟延伸部106和107有不同的橫側(cè)和中央的彈簧強(qiáng)度。該假腳的磨損或斷裂零件可以用相同的方式更換。這種更換彈簧裝置以獲得彈簧強(qiáng)度差的能力是一種用于獲得在假腳101中橫側(cè)和中央的彈簧強(qiáng)度差的手段。
現(xiàn)參照圖3。圖示為本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的頂視圖。圖中示出了以一個(gè)大的連續(xù)螺簧方式形成的該假腳101的各彈簧段的形狀和彎曲度。側(cè)后的后跟延伸部106彎曲到其前螺簧圈部301a，成為一根扭曲桿301b。中央后面的后跟延伸部107彎曲到其前螺簧圈部302a，成為一根扭曲桿302b。腳尖延伸部分也具有具有相似的設(shè)計(jì)。中央前面的腳尖延伸部分108彎曲到其后螺簧圈部分303a，成為一根扭曲桿303b。當(dāng)中前面的腳尖延伸部109彎曲到后螺簧圈部分304a，成為一根扭曲桿304b。最后，中央前面的腳尖延伸部110彎曲到其后螺簧圈部305a，成為一扭曲桿305b。該扭曲桿301b、302b、303b、304b和305b的聚集形成脛部102的縱向的或垂直方向的軸306。在本實(shí)施例中，該垂直方向的軸306是空心的并作為該假腳適應(yīng)扭轉(zhuǎn)運(yùn)動的軸線。在這個(gè)較佳實(shí)施例中扭曲桿301b、302b、303b、304b和305b，在縱向的橫截面上呈餡餅形。由于采用這些餡餅形狀，便可獲得一個(gè)在縱向橫截面上呈圓形并比較美觀的脛部102。扭曲桿105在縱向上的橫截面上具有其他的形狀如正方形(矩形)、八邊形、圓形等形狀也可以獲得相同的動作特性。這些扭曲桿105是用以適應(yīng)圍繞通過該脛部102的一縱向軸線的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動的裝置。在假腳101繞著該垂直方向的軸線306扭轉(zhuǎn)時(shí)，各根扭曲桿301b、302b、303b、304b和305b也繞著軸線306扭轉(zhuǎn)以適應(yīng)扭轉(zhuǎn)運(yùn)動。在這個(gè)較佳實(shí)施例中，扭曲桿301b、302b、303b、304b和305b相互間接觸的表面涂有聚四氟乙烯或別的任何減小摩擦的物質(zhì)以允許僅由扭曲桿301b、302b、303b、304b和305b的扭曲力和彈力而不是由摩擦力來抑制扭轉(zhuǎn)運(yùn)動。圖2中所示的夾子201在此較佳實(shí)施例中一般是與軸306同軸線的，當(dāng)然也是可以使用不包括與軸306同軸線的夾子的其他的調(diào)節(jié)扭轉(zhuǎn)剛度的裝置。
在另一實(shí)施例中，除了拱部114外，脛部102也有吸收和儲存垂直方向上的力的能量的裝置，或者吸收和儲存能量只是在脛部而不是在拱部114。它包括有一心中桿，它延軸線306延伸并和在脛部頂上的一零件牢牢地連接，而扭曲桿301b、302b、303b、304b和305b從脛部102中的軸線306和該中心桿離開而彎成弓形。該中心桿可以是剛性或柔性的。這種彎曲可以是輕微的彎曲，例如0.25”。當(dāng)使用這種吸收能量的裝置時(shí)，它們吸收和儲存能量作用在假腳101上的垂直方向的力時(shí)使該中心桿沿著軸線306向下移動且使扭曲桿301b、302b、303b、304b和305b各自向外彎運(yùn)動。當(dāng)作用在假腳101上的垂直方向上的力卸去時(shí)，該中心桿便沿軸線306向上移動且使扭曲桿301b、302b、303b、304b和305b回到它們的原有位置以釋放其儲存的能量并對病人提供一向上的推力以幫助步行。與未裝彈簧和不能提供任何推力或抬起力的已有技術(shù)中的一些假腳相比較，由于設(shè)置了在腳離開地面時(shí)可以提供儲存能量來推動的假腳，所產(chǎn)生的向上的推力或抬起力就幫助了病人的行走。用于調(diào)節(jié)扭轉(zhuǎn)剛度的裝置201在本實(shí)施例中可被采用，它不僅可用于調(diào)節(jié)扭轉(zhuǎn)剛度，而且通過限制扭曲桿301b、302b、303b、304b和305b能夠達(dá)到的向外彎曲的量可以用來限制脛部102的垂直方向的位移。這樣可有效地提高脛部的垂直方向震動吸收特性及加強(qiáng)扭轉(zhuǎn)運(yùn)動裝置。
現(xiàn)請參閱圖4a。圖示為使用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作走步或跑步時(shí)的后跟。在步行中由于體重作用而使后跟重重地著地。在正常的走步、跑步或跳躍中，步行循環(huán)是這樣一種連續(xù)的運(yùn)動腳行走先通過后跟著地再通過腳的中部直到腳尖抬離。當(dāng)腳101的后跟延伸部115置于地面上而有體重施加其上時(shí)，后面的后跟延伸部106和107被壓縮受力并沿其長度方向和在腳中央螺簧圈117的前螺簧部分103中儲存能量。后根延伸部分115及腳中央螺簧圈部分117的前螺簧部分103組成在步行中用于吸收和儲存后跟著地時(shí)能量的裝置。在步行中的這一時(shí)刻，腳101的前腳延伸部分116還未接觸地面。在圖4a中所示的本發(fā)明的該實(shí)施例中，脛部102和扭曲桿105都被取掉，而設(shè)置一個(gè)螺母401，該螺母401用于將假腳101連接于適合容置假腳的在踝關(guān)節(jié)上的一個(gè)固定件上。這就允許假腳101可被不需要脛部102的病人使用。
現(xiàn)請參照圖4b。圖4為使用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作步行時(shí)的腳的中部(扁平的腳)的情況。步行中的這個(gè)時(shí)刻是在腳沿地面從后跟著地向前跨行時(shí)發(fā)生的。在此圖中，該前腳延伸部116和后跟延伸部115與地面相接觸并在病人身體重量的作用下受壓或受到力的作用。該拱部114類似地受壓。此時(shí)，能量是由前腳延伸部116、后跟延伸部115、拱部114以及腳中央螺簧圈117的螺簧部分103和104所吸收。在腳朝著腳尖移動時(shí)，能量通過腳中央螺簧圈部分從后跟延伸部115和拱部114傳入前腳延伸部116，以形成步行時(shí)的順暢和連續(xù)的腳的動作。該腳的中央螺簧圈部分117，與后跟延伸部115和腳尖延伸部116一起用作在假腳101內(nèi)將能量從后跟部分傳向前腳部分的一個(gè)裝置。由于整個(gè)假腳102是一個(gè)螺簧，因此沒有能量損失或不需要分開加載于不同的彈簧件，否則，就會在步行中產(chǎn)生滯呆、延遲或不均勻性。
圖4b還表示在病人從上面例如在垂直跳起后落地那樣直接施加垂直方向的力給腳時(shí)的該腳101的部位。前腳延伸部分116、后跟延伸部分115、腳中央螺簧圈部分117和拱部114是在病人的體重作用到該假腳101時(shí)受壓和受力的。拱部114與前腳延伸部分116、后跟延伸部115和腳的中央螺簧圈117是作為吸收和儲存施加到該假腳101的垂直方向的力的能量的裝置。
現(xiàn)參照圖4c。圖示為使用本發(fā)明的一實(shí)施例作為步行時(shí)足尖離地時(shí)的情形。這時(shí)后跟延伸部分115不再接觸地面并且它與前盤簧部分103一起已將它們的能量通過腳的中央螺簧圈部分117傳入前腳延伸部分116和后螺簧部分104內(nèi)。在該假腳101繼續(xù)向前行并脫離與地面的接觸時(shí)，儲存在腳中央螺簧圈117內(nèi)的能量被傳入前腳延伸部分116。在假腳101完成一步跨行時(shí)，前面的腳尖部分112是腳101與地面接觸的最后部分，并且通過該前腳延伸部分116和前腳尖部分112，儲存在假腳各部分中并通過它們傳遞的能量被釋放而提供如一個(gè)彈簧力或推力那樣的加強(qiáng)步行的推進(jìn)力以幫助獲得自然的步態(tài)。這與未裝彈簧的腳在其完成一跨步時(shí)的滯呆感覺截然不同。該前腳延伸部分116連同腳中央螺簧圈117，尤其是后螺圈部分104，是作為在步行腳尖離地時(shí)把腳101推向前方的一個(gè)裝置。
現(xiàn)請參照圖5。它是在橫側(cè)中中央負(fù)荷作用下的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的動作示意圖。圖中說明在不使用踝關(guān)節(jié)的情況下，腳尖部分108、109和110以及后跟部分106和107分別符合和適應(yīng)高低不平或成角度的地形的能力。各個(gè)腳尖延伸部分108、109和110以及各個(gè)后跟延伸部分106和107是根據(jù)地形和脛部102與地形地面與脛部102所形成的角度的要求承受力的。能量是根據(jù)該角度、地形和所受的力情況分別儲存在這些彈簧中以及儲存在前螺簧103和后螺簧104內(nèi)的。采用這種方式，本發(fā)明可適應(yīng)橫側(cè)和中央的運(yùn)動并且不再需要假腳有一個(gè)踝關(guān)節(jié)部分。該腳尖延伸部分108、109、110以及后跟延伸部106和107組成了用于適應(yīng)假腳101的橫側(cè)和中央的運(yùn)動的裝置，而不需要采用一個(gè)踝關(guān)節(jié)。在步行跨步時(shí)，繞著脛部102的縱向軸線306的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動以及腳前行的動作同時(shí)進(jìn)行也是可能的，這是因?yàn)橥ㄟ^使用一個(gè)螺簧該假腳101能夠用時(shí)適應(yīng)所有這些運(yùn)動而不發(fā)生延遲或呆滯現(xiàn)象。以這種方式，假腳的反應(yīng)和動作就可以接近于真腳的步態(tài)。
現(xiàn)請參照圖6a。圖中示出了包括用于調(diào)節(jié)彈簧剛度和拱高601的一個(gè)裝置的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。如圖所示，設(shè)置在插孔113內(nèi)的是用在每端上的一個(gè)固定件603以及螺栓602和螺母605固定的一個(gè)圓柱體的尿烷的或泡沫橡膠塊604。圖6b示出用于本發(fā)明的調(diào)節(jié)彈簧剛度和拱高的裝置601的一個(gè)實(shí)施例的各個(gè)零件。該圓柱形橡膠塊604與插孔113的內(nèi)徑近似相同。該橡膠塊604的內(nèi)部有容納該固定件603的孔，螺栓602穿過它與在另一側(cè)上的螺母605相嚙合。該螺栓602和螺母605可以被擰緊以對固定件603a和603b加壓。在固定件603a和603b相互接近時(shí)，它們的凸緣壓縮該橡膠塊604并使它在插孔內(nèi)對螺簧圈103和104施加向外的壓力。這個(gè)向外的壓力使螺簧圈部分103和104繃緊并升高拱部114以便對體重較重或活動量較大的病人提供較大的垂直方向的和前行方向的支持和較大的彈簧剛度。在本例中，橡膠板604是由尿烷橡膠制作的，但泡沫橡膠，其他型式的彈性材料或其他型式的裝置只要可以在插孔113內(nèi)施加向外的壓力或作用力的都可以使用。零配件市場的橡膠塊604具有種種不同的密度可以為不同病人和不同活動量的病人提供不同的調(diào)節(jié)特性。種種別的可以對各彈簧段施加壓力或提供支承力的裝置都可以用作調(diào)整彈簧剛度和拱高的裝置。例如，一個(gè)垂直定位的螺簧可置于該插孔113內(nèi)以對假腳增加剛度或強(qiáng)度。雖然在所舉的例子中沒有調(diào)節(jié)裝置，但由于它被設(shè)置上去或被取下可分別增減彈簧的剛度和拱高，因此仍被認(rèn)為是一種用于調(diào)節(jié)彈簧剛度和拱高的裝置。由于該用于調(diào)節(jié)彈簧剛度和拱高的裝置影響在后跟著地時(shí)的后跟延伸部分的穩(wěn)固、在腳前行時(shí)的能量傳遞以及在腳尖離地時(shí)的能量釋放，因此它還被認(rèn)為是一種用于調(diào)節(jié)能量的吸收、儲存、傳遞和釋放的裝置。
在另一實(shí)施例中，還包括把腳上的感覺傳遞給使用假腳的病人的裝置。該裝置包括用于測量假腳的各部分零件的彎曲和扭轉(zhuǎn)情況的裝置和把代表測量值的信號傳送給假腳使用者的裝置，以便讓使用假腳的病人可由實(shí)在的感覺來感知腳的位置。該測量裝置可測量如前腳延伸的彎曲和扭曲桿扭轉(zhuǎn)的量及在其他部件中的有關(guān)性能。在本發(fā)明的說明中，“彎曲”一詞也包括“扭轉(zhuǎn)”的意思在內(nèi)。用于測量假腳各部件的彎曲情況的較佳裝置包括設(shè)在前腳延伸部分上、后跟延伸部分上、腳中央螺簧圈上、脛部以及它們的種種不同的零件上的應(yīng)變儀。也可使用它們和或別的器件結(jié)合組成的應(yīng)變儀。應(yīng)變儀在已有技術(shù)中用于在建筑物中測量如I字形梁等結(jié)構(gòu)為大家所熟知的。在本發(fā)明中，不管所施加的負(fù)荷有多大，各應(yīng)變應(yīng)測量的是發(fā)生在腳的各位置上的彎曲(扭轉(zhuǎn))量。從各應(yīng)變儀獲得的讀數(shù)隨后通過信號傳送到病人身體的皮膚部分，這種信號例如是電流、機(jī)械壓力或聲音的振動，以便可使病人由人實(shí)體的感覺來感知腳的位置、角度以及各部分的彎曲情況。傳向病人的皮膚的信號強(qiáng)度或振幅(下文都稱“振幅”)指示出發(fā)生在腳的各個(gè)位置的彎曲的量值。使用的皮膚部分一般是病人的腿部或小腿上的一些部位，假腳病人經(jīng)過一段時(shí)間的體驗(yàn)種種信號的意義一直到能使病人了解模擬真腳情形的假腳所處的位置、角度和彎曲(扭轉(zhuǎn))的信息的反饋系統(tǒng)完善為止?？梢允褂脴?biāo)準(zhǔn)的數(shù)字電子電路或模擬電路?？梢杂靡晃⑻幚頇C(jī)來讀出應(yīng)變儀來的信號并建立通知病人獲得假腳的各部分的角度、位置和彎曲的合適的輸出信號的大小，而不必將應(yīng)變儀的信號直接傳送到病人的皮膚上。或者，可用壓力傳感器來替代應(yīng)變儀，來感知作用于腳的各部分的負(fù)荷量，因而傳向病人的所有信息都是相應(yīng)于腳的各部分上的負(fù)荷量而不是對應(yīng)于腳的各部分的彎曲量(扭轉(zhuǎn)量)。
圖7示出了一個(gè)感覺反饋帶701，它是被用作將代表假腳的各部分的彎曲和扭轉(zhuǎn)的測量值的各種信號傳給假腳的病人的裝置以使病人能通過實(shí)體感感知腳的位置。圖示的這種感覺反饋帶701在一個(gè)本發(fā)明實(shí)施例中是用來將各種信號通過電流傳給病人的。該感覺反饋帶701包括帶的內(nèi)表面702、帶的外表面703、傳導(dǎo)電貼片704及電纜705。該帶的內(nèi)表面702和外表面703在本實(shí)施例中是不導(dǎo)電的，其中帶的外表面703一般覆蓋一種用于保護(hù)和裝飾的如棉布之類的織物。該導(dǎo)電貼片704可以任何能夠?qū)㈦娏鱾鹘o皮膚的導(dǎo)電材料制作。在本實(shí)施例中使用多個(gè)小的導(dǎo)電貼片704。這些導(dǎo)電貼片是用來將信號傳給病人的皮膚的裝置。在電纜705內(nèi)帶有多根連接于各導(dǎo)電貼片704的電線。在本實(shí)施例中，電纜705是柔性的，但在其他實(shí)施例中，它也可以是剛性的。還可以將電纜模制入罩住假腳的一個(gè)裝飾套內(nèi)。請看作為本發(fā)明使用時(shí)的圖解的圖8。在電纜705內(nèi)的各芯線可接受來自微處理機(jī)802或直接來自各應(yīng)變(或壓力)儀801a-e的信號，它們將這些信號傳遞給導(dǎo)電貼片704然后由導(dǎo)電貼片傳給病人的皮膚。在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中，導(dǎo)電貼片704可由用于將機(jī)械壓力施加于皮膚的裝置或用于使皮膚接受聲音振動的裝置所取代。在這些例子的任一個(gè)中，病人的皮膚的一部分都可感到指示假腳的各部分彎曲情況的實(shí)體的感覺。
人們希望能將感覺反饋帶701置于每次戴上假腳時(shí)的腿上的同一位置上。這可以通過將該感覺反饋帶701模制入裝到假腳上的一個(gè)裝飾套內(nèi)來完成。也可以使用將感覺反饋帶701精確定位在病人的腿上的其他方法?；蛘?，該感覺反饋帶701也可以簡單地用膠帶粘貼、綁扎或通過其他方法固定到病人的腿上。
本發(fā)明一般用三個(gè)感覺反饋帶701，每個(gè)設(shè)在病人的腿的一個(gè)不同位置上。這可分別將代表著假腳的角度、位置、彎曲或扭轉(zhuǎn)的信號傳給假腳使用者。例如，在應(yīng)變儀測量假腳從左向右的扭轉(zhuǎn)時(shí)，通過導(dǎo)電貼片704，該感覺反饋帶701就把信號傳遞到假腳使用者的皮膚上，這些信號的幅度周向地自左向右逐漸增加以相應(yīng)于扭轉(zhuǎn)的發(fā)生。另一個(gè)例子中，當(dāng)假腳平踏在地面上脛向前朝腳彎曲時(shí)，該上部的感覺反饋帶就將較大振幅的信號傳送到到用假腳者的皮膚上以表示作用在腳的腳尖延伸部上的負(fù)荷增加。而在假腳為適應(yīng)于成角度的地形而在一方向上彎成角度時(shí)，則相應(yīng)于腳的經(jīng)受較大彎曲的那些部分的導(dǎo)電貼片便將一個(gè)較強(qiáng)的信號傳送給假腳使用者的腿以指示那個(gè)彎曲情況。這樣，本發(fā)明就可使假腳使用者感覺到假腳可能遇到的三維方向的扭轉(zhuǎn)、彎曲，前面的、后面的、橫側(cè)的和中央的運(yùn)動以及高低不平的或成角度的表面。
本發(fā)明的假腳上用于測量該假腳的各個(gè)部分的彎曲和扭轉(zhuǎn)的裝置和用于將代表那些測量值的種種信號傳給假腳使用者的裝置，也可應(yīng)用于機(jī)器人的領(lǐng)域。如果被用于機(jī)器人中，則本發(fā)明就將稱為人造腳而不叫假腳。用于機(jī)器人的這種腳的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)基本是相同的，所不同的是感覺反饋帶701將被取消以及所有反饋信號將被送往操縱該機(jī)器人裝置803的一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。在機(jī)器人領(lǐng)域中將本發(fā)明用作一個(gè)人造腳的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，該機(jī)器人裝置只需控制人造腳裝于其上的腿，而不需要使用昂貴的控制和測量裝置，而如果采用帶有昂貴的內(nèi)部的電動機(jī)的一種機(jī)器人的腳的話，那么就必需使用昂貴的控制和測量裝置。與控制帶有多種運(yùn)動件的腿和腳相比較，使用本發(fā)明時(shí)只要控制機(jī)器人的腿而不需要控制機(jī)器人的腳，這就減少了控制的復(fù)雜性，由于只要簡單地控制腿時(shí)計(jì)算程序較簡單，因而就只需要較小功率和不貴的機(jī)器人操縱器。雖然在使用本發(fā)明時(shí)可以獲得精確的腳的方位，但是在對腳只有基本要求的場合使用本發(fā)明的假腳是更為吸引人的。
有很多材料可適用于制作本發(fā)明的假腳石墨纖維、石墨和纖維玻璃相結(jié)合的材料、SPECTRA(一般所知的聚乙烯材料的商標(biāo))、KEVLAR或別的浸漬樹脂(例如環(huán)氧或聚酯樹脂)的纖維材料都是適用的。海格勒斯(Hercules)和NewportComposites都可提供可用于假腳組件的一種預(yù)涂樹脂隨后用烘焙或合適的化學(xué)方法熟化的一種織物。在我的發(fā)明的較佳實(shí)施例中，采用的是浸漬環(huán)氧樹脂和石墨纖維織物，但其他材料也是可以同樣適用的。這種織物提供了極高的斷裂強(qiáng)度和彈簧強(qiáng)度，但又重量很輕、耐用和使用期長。另外，組成假腳的各彈簧件可由具有合適的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和厚度的delron或尼龍注塑制成。任何材料或制造方法，只要能提供合適的彈簧強(qiáng)度、剛度、柔性、彈性和彎曲而在持續(xù)使用條件下彈簧不很快斷裂或磨損的都可以適用。此外，在將來可能研制出可提供假腳以合適或理想性能的其它材料，例如塑料、金屬、合金、陶瓷等等。
這種假腳必須制作得具有對穿戴和使用它的病人的體重和活動量適合的彈簧強(qiáng)度。假腳的斷裂強(qiáng)度和彈簧強(qiáng)度通過合適的選擇材料和確定用于腳的各部分的材料厚度而得以巧妙地設(shè)計(jì)出來。菲利普斯發(fā)明的第5，037，444號美國專利(公布日1991年8月6日)揭示了用于確定用經(jīng)浸漬過環(huán)氧樹脂的石墨層壓板制作的假腳的各部分的合適的厚度的方法，該專利援引在此以供參考。應(yīng)注意用于制作該假腳的較理想的裝置的石墨纖維材料只在沿某一軸線的方向上具有強(qiáng)度，因此必須以具某種交叉排列的方式進(jìn)行層壓以獲得不同方向上的強(qiáng)度。默萊特發(fā)明的第4，959，073號美國專利(公布日1970年9月25日)描述了這種制作方法該專利援引在此以供參考。假腳的長度和寬度是根據(jù)所要求的腳的尺寸而定的。腳尖和后跟延伸段的數(shù)目應(yīng)選擇得可提供本發(fā)明所企求的性能特性，但數(shù)目不宜太多因而太細(xì)以致降低強(qiáng)度和缺乏耐用性。本發(fā)明的實(shí)施例中使用了三個(gè)腳尖延伸部分和兩個(gè)后跟延伸部分。
本發(fā)明提供了一種假腳，這種假腳可以在步行中體重作用下后跟著地時(shí)儲存能量，在腳前行時(shí)通過腳的中央螺簧圈將能量傳至其中部(平腳部分)，而最后釋放儲存的能量以提供步行中腳尖離地時(shí)對假腳的推力。本發(fā)明消除了在后跟著地時(shí)呆滯或躊躇以及在腳前行過程中的延遲或躊躇，這是由于該整個(gè)假腳只由一個(gè)螺簧組成而從螺簧延伸出的彈性件則形成了前腳部、后腳部和脛部。本發(fā)明的這個(gè)較佳實(shí)施例具有多個(gè)能很好適應(yīng)高低不平或成角度的地形的腳尖和后跟的延伸部。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例具有單個(gè)腳尖和后跟延伸部分，它不僅顯示出與上述較佳實(shí)施例相同的動作特性而且也能容易地適應(yīng)高低不平的地形。本發(fā)明的該較佳實(shí)施例不用踝關(guān)節(jié)也能適應(yīng)于成角度或高低不平的地形，這是由于使用了能分別單獨(dú)彎曲以符合地形情況的多個(gè)腳尖和后跟延伸部分。腳尖和后跟的分開的延伸部可適應(yīng)橫側(cè)和中間的運(yùn)動，而圍繞脛部的縱向軸線的多個(gè)扭曲桿可適應(yīng)扭轉(zhuǎn)運(yùn)動。各個(gè)彈簧段彎曲進(jìn)入一個(gè)腳中央螺簧圈。該腳中央螺簧圈部分在其內(nèi)有一個(gè)插孔，該插孔能容納調(diào)節(jié)彈簧剛度和拱高的一個(gè)裝置。本發(fā)明還包括有一個(gè)感覺反饋系統(tǒng)可使假腳使用者感覺到假腳的彎曲的扭轉(zhuǎn)。該較佳實(shí)施例采用浸漬過環(huán)氧樹脂的層壓的石墨復(fù)合材料來制作假腳，因此獲得很高和彈性強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度。該假腳能使假腳病人走步、跑步、打網(wǎng)球、羽毛球和籃球以及從事其他運(yùn)動和較強(qiáng)的活動，基本上具有與具有真腳的人相同的靈活性。本發(fā)明還預(yù)期可用于機(jī)器人上。
權(quán)利要求
1.一種假腳，它包括(a)一個(gè)腳中央螺簧圈部分，它具有一個(gè)頂和一個(gè)底，所述的腳中央螺簧圈部分的該頂是在它的脛側(cè)，而所述的腳中央螺簧圈部分的該底是在其地面?zhèn)龋?b)一個(gè)后跟延伸部分，它從所述腳中央螺簧圈部分的該底的一個(gè)第一方向上延伸出去；(c)一個(gè)前腳延伸部分，它從所述腳中央螺簧圈的底的一個(gè)第二方向上延伸出去；其特征在于所述的腳中央螺簧圈部分、后跟延伸部分和前腳延伸部分構(gòu)成一個(gè)形成該假腳的螺簧圈；以及所述的腳中央螺簧圈部分可用作吸收、儲存和釋放能量的該螺簧圈的統(tǒng)一的中心。
2.如權(quán)利要求1所述的假腳，其特征在于，還包括用于適應(yīng)腳的橫則和中間運(yùn)動而不用踝關(guān)節(jié)的一種裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的假腳，其特征在于，所述的橫側(cè)和中間運(yùn)動的裝置包括多個(gè)腳尖延伸部分。
4.如權(quán)利要求2所述的假腳，其特征在于，所述的的橫側(cè)的和中間的運(yùn)動裝置包括多個(gè)后跟延伸部分。
5.如權(quán)利要求4所述的假腳，其特征在于，所述的腳尖延伸部分每一個(gè)都包括一個(gè)后腳尖部分和一個(gè)前腳尖部分。
6.如權(quán)利要求4所述的假腳，其特征在于，它還包括使所述的腳尖延伸部分保持對齊和定位的裝置。
7.如權(quán)利要求1所述的假腳，其特征在于，它還包括用于在垂直方向的力作用于假腳上時(shí)吸收和儲存能量的裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的假腳，其特征在于，所述的能量吸收和儲存裝置包括一個(gè)拱部。
9.如權(quán)利要求7所述的假腳，其特征在于，所述的能量吸收和儲存裝置包括(ⅰ)一脛部，它具有一縱向軸線，所述的脛部從所述的的腳中央螺簧圈部分延伸出去，該脛部包括多個(gè)扭曲桿;其中，所述的扭曲桿在垂直方向的力作用到假腳時(shí)，向外彎曲以吸收和儲存能量，以及所述的脛部由于所述的扭曲桿的彎曲而沿其縱向軸線作垂直方向上的位移。
10.如權(quán)利要求9所述的假腳，其特征在于，所述的能量吸收裝置還包括(ⅱ)一沿著該脛部的縱向軸線的中央桿，所述的扭曲桿具有繞著該軸線彎曲(扭轉(zhuǎn))的能力。
11.如權(quán)利要求9所述的假腳，其特征在于，所述的能量吸收裝置還包括(ⅲ)用于限制所述脛部的垂直方向的位移的裝置。
12.如權(quán)利要求8所述的假腳，其特征在于，它還包括容納調(diào)節(jié)彈簧剛度和拱高的裝置的一個(gè)插孔，其中所述的插孔是由所述的腳中央螺簧圈部分的內(nèi)表面形成的。
13.如權(quán)利要求12所述的假腳，其特征在于，它還包括用于調(diào)節(jié)彈簧剛度和拱高的裝置。
14.如權(quán)利要求13所述的假腳，其特征在于，所述的彈簧剛度和拱高的調(diào)節(jié)裝置安裝在所述的插孔內(nèi)。
15.如權(quán)利要求1所述的假腳，其特征在于，所述的腳中央螺簧圈部分包括一個(gè)前螺簧圈部分和一個(gè)后螺簧圈部分，所述的后跟延伸部分從所述的前螺簧圈部分延伸出而所述的前腳延伸部分從所述的后螺簧圈部分延伸出去。
16.如權(quán)利要求15所述的假腳，其特征在于，它還包括一個(gè)從所述的腳中央螺簧圈部分延伸出的脛部。
17.如權(quán)利要求16所述的假腳，其特征在于，它還包括用于適應(yīng)繞著通過脛部的一縱向軸線的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動的裝置。
18.如權(quán)利要求17所述的假腳，其特征在于，所述的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動裝置包括多個(gè)扭曲桿。
19.如權(quán)利要求18所述的假腳，其特征在于，所述的扭曲桿通常制作成在縱向橫截面上具有兩條基本上為直線的側(cè)邊和一條基本上為彎曲側(cè)邊的若干三角形。
20.如權(quán)利要求18所述的假腳，其特征在于，所述的扭曲桿從所述的前螺簧圈部分和后螺簧圈部分延伸出去。
21.如權(quán)利要求17所述的假腳，其特征在于，它還包括用于調(diào)節(jié)所述的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動裝置的扭轉(zhuǎn)剛度的裝置。
22.一種假腳，它包括(a)一具有一個(gè)頂部和一個(gè)底部的腳中央螺簧圈部分，所述的腳中央螺簧圈部分的頂部是處在脛部側(cè)，而所述的腳中央螺簧圈部分的底部是處在其地面?zhèn)取?b)一后跟延伸部，它從所述的腳中央螺簧圈底部的一第一方向上延伸出去，以及(c)一前腳延伸部，它從所述的腳中央螺簧圈部分的底部的一第二方向上延伸出去;其特征在于，所述的腳中央螺簧圈部分，后跟延伸部分以及前腳延伸部分構(gòu)成形成該假腳的螺簧圈;所述的后跟延伸部分在步行后跟著地時(shí)吸收和儲存能量;所述的腳中央螺簧圈部分能把假腳向前步行后跟著地時(shí)所儲存的能量傳遞到假腳的另一部分上;以及所述的前腳延伸部分能在步行過程中腳尖離地時(shí)釋放所儲存的能量以提供促進(jìn)假腳步伐的推動力。
23.如權(quán)利要求22所述的假腳，其特征在于，所述的腳中央螺簧圈部分在假腳上處在一個(gè)與真腳的踝關(guān)節(jié)相近的位置。
24.如權(quán)利要求23所述的假腳，其特征在于，所述的腳中央螺簧圈部分是該假腳的關(guān)節(jié)的正中心。
25.如權(quán)利要求22所述的假腳，其特征在于，它還包括用于在垂直方向上的力施加于假腳時(shí)吸收和儲存能量的裝置。
26.如權(quán)利要求25所述的假腳，其特征在于，所述的用于吸收和儲存垂直力的能量的裝置由一拱部組成。
27.如權(quán)利要求25所述的假腳，其特征在于，所述的能量吸收裝置包括(ⅰ)具有一縱向軸線的一脛部，所述的脛部與連接于所述的腳中央螺簧圈部分相連，該脛部包括多個(gè)扭曲桿;其中所述的扭曲桿在垂直方向上的力作用到該假腳上時(shí)，向外彎曲以吸收和儲存能量以及，所述的脛部由于所述的扭曲桿的彎曲(扭轉(zhuǎn))而沿其縱向軸線作垂直方向上的位移。
28.如權(quán)利要求27所述的假腳，其特征在于，所述的能量吸收裝置還包括(ⅱ)一沿著所述脛部的縱向軸線的中心桿，所述的的扭曲桿具有繞著該軸線彎曲(扭轉(zhuǎn))的能力。
29.如權(quán)利要求27所述的假腳，其特征在于，所述的能量吸收裝置還包括(ⅲ)用于限制所述脛部的垂直方向上的位移的裝置。
30.如權(quán)利要求29所述的假腳，其特征在于，所述的用于限制垂直方向的位移的裝置包括一夾子。
31.如權(quán)利要求22所述的假腳，其特征在于，它還包括用于適應(yīng)假腳的橫側(cè)的和中間的運(yùn)動的裝置而無需使用踝關(guān)節(jié)。
32.如權(quán)利要求31所述的假腳，其特征在于，所述的用于適應(yīng)假腳的橫側(cè)的和中間的運(yùn)動的裝置是包括該前腳部分的多個(gè)彈簧段。
33.如權(quán)利要求32所述的假腳，其特征在于，它還包括用于保持所述的各彈簧段對齊和定位的裝置。
34.如權(quán)利要求22所述的假腳，其特征在于，它還包括(f)從所述腳中央螺簧圈部分延伸出去的一脛部，以及(g)用于適應(yīng)圍繞通過所述脛部的一縱向軸線的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動的裝置。
35.如權(quán)利要求35所述的假腳，其特征在于，它還包括用于調(diào)節(jié)所述的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動裝置的剛度的裝置。
36.如權(quán)利要求35所述的假腳，其特征在于，它還包括用于調(diào)節(jié)所述的能量吸收、儲存、傳遞和釋放裝置的穩(wěn)固性的裝置。
37.如權(quán)利要求1所述的假腳，其特征在于，它還包括(e)用于測量該假腳的各部分的彎曲(扭曲)量的裝置，以及(f)用于將所述的彎曲(扭曲)測量值送向假腳的使用者的傳送裝置;其中所述的傳送裝置傳送可使該假腳的使用者通過實(shí)體感感知該假腳的各部分的位置的信號。
38.如權(quán)利要求37所述的假腳，其特征在于，所述的傳送裝置包括一個(gè)用于使假腳使用者的皮膚感受電流的裝置。
39.如權(quán)利要求37所述的假腳，其特征在于，所述的傳送裝置包括一個(gè)用于使假腳的使用者的皮膚感受聲波振動的裝置。
40.如權(quán)利要求37所述的假腳，其特征在于，所述的傳送裝置包括將機(jī)械壓力作用于假腳的使用者的皮膚的裝置。
41.如權(quán)利要求37所述的假腳，其特征在于，所述的測量裝置至少包括一個(gè)應(yīng)變儀。
42.如權(quán)利要求37所述的假腳，其特征在于，它還包括(g)用于控制所述的傳送裝置的裝置;其中所述的控制裝置根據(jù)所測得的彎曲(扭曲)量調(diào)節(jié)信號的大小。
43.如權(quán)利要求37所述的假腳，其特征在于，所述的傳送裝置(f)包括一感覺反饋帶。
44.如權(quán)利要求43所述的假腳，其特征在于，所述的感覺反饋帶包括一條帶、系結(jié)于所述帶的一根電纜，它能夠接收來自測量裝置(e)的信號，以及包括多個(gè)設(shè)在所述帶的內(nèi)表面上的導(dǎo)電貼片它們能夠接收來自所述電纜的信號。
45.如權(quán)利要求37所述的假腳，其特征在于，所述的傳送裝置(f)將所述的彎曲(扭曲)測量值送向一個(gè)機(jī)器人的控制裝置。
46.如權(quán)利要求42所述的假腳，其特征在于，所述的控制裝置包括一個(gè)微處理機(jī)。
47.如權(quán)利要求46所述的假腳，其特征在于，所述的傳送裝置(f)將所述的彎曲測量值送往一個(gè)機(jī)器人控制裝置。
48.一種假腳，它包括(a)一個(gè)腳中央螺簧圈部分，它包括一個(gè)前螺簧圈部分和一個(gè)后螺簧圈部分，所述的腳中央螺簧圈部分有一個(gè)頂部和一個(gè)底部，該腳中央螺簧圈部分的頂部位于其脛側(cè)而所述的腳中央螺簧圈部分的底部位于其地面?zhèn)龋?b)一個(gè)后跟延伸部分，它包括從所述的前螺簧圈部分延伸出去的多個(gè)后跟延伸部，所述的后跟延伸部分從所述的腳中央螺簧圈部分的底部向一第一方向延伸出去，(c)一前腳延伸部分，它包括多個(gè)從所述后部延伸出去的腳尖延伸部，所述的前腳延伸部從所述的腳中央螺簧圈部分的底部向一第二方向延伸出去，(d)一個(gè)拱部，(e)一個(gè)由所述腳中央螺簧圈部分的內(nèi)表面形成的插孔，(f)設(shè)置在所述的插孔內(nèi)用于調(diào)節(jié)彈簧剛度和拱高的裝置，(g)一個(gè)從所述的腳中央螺簧圈部分延伸出去的脛部，(h)用于適應(yīng)圍繞通過所述脛部的一縱向軸線的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動的裝置，以及(i)用于調(diào)節(jié)所述的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動裝置的扭轉(zhuǎn)剛度的裝置;其特征在于，所述的腳中央螺簧圈部分、后跟延伸部分和前腳延伸部分組成一形成該假腳的螺簧圈;其中所述的后跟延伸部分用作在步行中腳后跟著地時(shí)吸收和儲存能量的裝置;其中所述的腳中央螺簧圈部分用作在步行時(shí)將能量從所述的后跟延伸部傳向所述的前腳延伸部的裝置;其中所述的前腳延伸部分用作在步行過程中腳尖離地時(shí)用于釋放所儲存的能量以提供促進(jìn)假腳步伐的推動力;以及所述的腳中央螺簧圈部分可用作在步行中在吸收、儲存和釋放能量時(shí)的該螺簧圈的統(tǒng)一的中心。
49.一種假腳，包括以一種重迭和對置的方式定位以形成一中央插孔的多個(gè)形成拱形的彈簧裝置。
50.如權(quán)利要求49所述的假腳，其特征在于，所述的拱形彈簧裝置包括(a)一個(gè)拱形的前腳彈簧裝置以及(b)一個(gè)拱形的后跟彈簧裝置。
51.如權(quán)利要求50所述的假腳，其特征在于，所述的拱形的前腳彈簧裝置包括一個(gè)前腳延伸部、一個(gè)后螺簧圈部分和一個(gè)扭曲桿;其中所述的后螺簧圈部分彎成拱形。
52.如權(quán)利要求51所述的假腳，其特征在于，所述的成拱形的后跟彈簧裝置包括一個(gè)后跟延伸部、一個(gè)前螺簧圈和一個(gè)扭曲桿;其中所述的前螺簧圈部分彎成拱形。
53.如權(quán)利要求52所述的假腳，其特征在于，所述的拱形彈簧裝置是可拆卸和可更換的。
54.一種假腳，它包括(a)具有一頂部和一底部的一個(gè)腳中央螺簧圈部分，所述的腳中央螺簧圈部分的頂處于其脛側(cè)面所述的腳中央螺簧圈部的底處于其地面?zhèn)龋?b)一個(gè)從該腳中央螺簧圈部分的底部沿一第一方向延伸出去的后跟延伸部分，(c)一個(gè)從該腳中央螺簧圈部分的底部沿一第二方向延伸出去的前腳延伸部分，(d)一個(gè)從所述腳中央螺簧圈部分的頂部延伸出的脛部，以及(e)用于在假腳受到垂直方向力時(shí)吸收和儲存能量的裝置;其特征在于，所述的腳中央螺簧圈部分、后跟延伸部分和前腳延伸部分組成一形成該假腳的螺簧圈;以及其中所述的腳中央螺簧圈部分可用作在步行中吸收、儲存和釋放能量時(shí)的該螺簧圈的統(tǒng)一的中心。
55.如權(quán)利要求54所述的假腳，其特征在于，它還包括(f)用于獲得在假腳中的橫側(cè)的和中間的彈簧強(qiáng)度差別的裝置。
56.如權(quán)利要求55所述的假腳，其特征在于，它還包括(g)用于適應(yīng)圍繞通過所述脛部的一縱向軸線的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動的裝置。
57.如權(quán)利要求56所述的假腳，其特征在于，它還包括(h)用于限制該脛部的垂直方向上的位移的裝置。
58.如權(quán)利要求57所述的假腳，其特征在于，它還包括(i)用于調(diào)節(jié)彈簧剛度和拱高的裝置。
全文摘要
一種假腳由具有一腳中央螺簧圈部分、一后跟延伸部分和一前腳延伸部分的一個(gè)連續(xù)螺簧圈形成。它可適應(yīng)橫側(cè)的、中間的和扭轉(zhuǎn)的運(yùn)動。在步行中后跟著地時(shí)能量被吸收和儲存，而在步行中腳尖著地的過程中能量被傳向前腳延伸部分而在步行中腳尖離地時(shí)能量被釋放以提供假腳步行中的一個(gè)推動力。在一個(gè)實(shí)施例中具有可使假腳使用者由實(shí)體的感覺感知作用于假腳上的力的裝置。
文檔編號A61F2/70GK1087253SQ9311481
公開日1994年6月1日 申請日期1993年11月17日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月17日
發(fā)明者斯科特·愛倫 申請人:斯科特·愛倫